DE102015203248A1 - Safety valve for a pressure vessel and pressure vessel - Google Patents

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Sicherheitsventil 100 für einen Druckbehälter 200. Das Sicherheitsventil 100 umfasst ein Ventilgehäuse 110 sowie eine Auslöseleitung 120. Im Ventilgehäuse 110 ist ein Druckentlastungsmechanismus 114, 150, 112 angeordnet. Die Auslöseleitung 120 erstreckt sich vom Ventilgehäuse weg. In der Auslöseleitung 120 sind berstbare und/oder schmelzbare Körper 130 angeordnet, wobei mindestens zwei Körper 130 durch mindestens ein Abstandselement 140 voneinander beabstandet sind. Die Körper 130 und die Abstandselemente 140 sind in der Auslöseleitung 120 verschiebbar angeordnet. Die Körper 130 und die Abstandselemente 140 sind mit dem Druckentlastungsmechanismus 114, 150, 112 mechanisch derart gekoppelt, dass ein Bersten oder Schmelzen eines Körpers 130 eine Verschiebung von zumindest einem Abstandselement 140 und/oder von zumindest einem Körper 130 verursacht, durch die der Druckentlastungsmechanismus 114, 150, 112 ausgelöst wird.The technology disclosed herein relates to a safety valve 100 for a pressure vessel 200. The safety valve 100 includes a valve housing 110 and a trigger line 120. In the valve housing 110, a pressure relief mechanism 114, 150, 112 is disposed. The trigger line 120 extends away from the valve housing. In the triggering line 120 burstable and / or fusible body 130 are arranged, wherein at least two bodies 130 are spaced apart by at least one spacer element 140. The bodies 130 and the spacers 140 are slidably disposed in the triggering line 120. The bodies 130 and spacers 140 are mechanically coupled to the pressure relief mechanism 114, 150, 112 such that rupture or melting of a body 130 causes displacement of at least one spacer 140 and / or at least one body 130, through which the pressure relief mechanism 114 , 150, 112 is triggered.

Figure DE102015203248A1_0001
Figure DE102015203248A1_0001

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Sicherheitsventil für einen Druckbehälter sowie einen Druckbehälter.The technology disclosed herein relates to a safety valve for a pressure vessel and a pressure vessel.

In Druckbehältern werden komprimierte Fluide unter einem Druck von mehreren hundert Bar gespeichert. Gemäß der Verordnung (EU) Nr. 406/2010 der Kommission vom 26. April 2010 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Typgenehmigung von wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen (nachstehend: EC79) muss der Berstdruck eines Typ-III oder Typ-IV Wasserstoff-Druckbehälters über dem 2,25-fachen seines maximalen Betriebsdruckes liegen. Ein 700 bar Druckbehälter muss daher so ausgelegt sein, dass er einem Druck von 1575 bar standhält.In pressure vessels, compressed fluids are stored under a pressure of several hundred bars. According to Commission Regulation (EU) No 406/2010 of 26 April 2010 implementing Regulation (EC) No 79/2009 of the European Parliament and of the Council on the type-approval of hydrogen-powered motor vehicles (hereafter: EC79), the bursting pressure must of a Type III or Type IV hydrogen pressure vessel are greater than 2.25 times its maximum operating pressure. A 700 bar pressure vessel must therefore be designed so that it can withstand a pressure of 1575 bar.

Bei Druckbehältern besteht bei Einwirken eines thermischen Ereignisses (z. B. ein Fahrzeugbrand) auf den Druckbehälter die Gefahr des Berstens. Die Vorschriften (z. B. EC79 oder GTR (Global Technical Regulation ECE/TRANS/WP.29/2013/41)) fordern daher die Installation von mindestens einem thermischen Druckentlastungsventil (auch Thermal Pressure Release Device oder TPRD genannt) pro Druckbehälter. Bei Hitzeeinwirkung auf diese Sicherheitsventile (z. B. durch Flammen) wird das im Druckbehälter gespeicherte Gas in die Umgebung abgelassen. Die Sicherheitsventile lassen das Gas ab, sobald die Auslösetemperatur am Sicherheitsventil überschritten wird.In the case of pressure vessels, there is a risk of bursting when exposed to a thermal event (eg a vehicle fire) on the pressure vessel. The regulations (eg EC79 or GTR (Global Technical Regulation ECE / TRANS / WP.29 / 2013/41)) therefore require the installation of at least one thermal pressure release valve (also called thermal pressure release device or TPRD) per pressure vessel. When heat is applied to these safety valves (eg due to flames), the gas stored in the pressure vessel is released into the environment. The safety valves release the gas as soon as the release temperature at the safety valve is exceeded.

Die DE 199 11 530 A1 beschreibt beispielsweise ein TPRD für einen Druckbehälter. Es besteht im Wesentlichen aus einem Berstkörper, welcher insbesondere in Form einer Glasampulle ausgebildet ist. Diese ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche einen sehr hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Der Berstkörper hält ein Verschlusselement dichtend in einer ersten Position in einer Öffnung zur Druckentlastung des Druckbehälters. Kommt es nun zu einer Überhitzung im Bereich der Sicherheitsvorrichtung, so wird der Berstkörper durch den Innendruck zerstört, welcher sich im Bereich des Berstkörpers ausbildet. Er gibt damit den Verschlusskörper frei, welcher von dem Innendruck in dem Druckbehälter aus der Leitung, welche er verschlossen hatte, bewegt wird. Durch geeignete Öffnungen im Bereich der Sicherheitsvorrichtung kann das Gas dann aus dem Druckbehälter abströmen und der Überdruck kann sich abbauen, bevor er eine potentielle Explosionsgefahr darstellt.The DE 199 11 530 A1 for example, describes a TPRD for a pressure vessel. It consists essentially of a burst body, which is designed in particular in the form of a glass ampoule. This is filled with a liquid which has a very high thermal expansion coefficient. The rupture body holds a closure member sealingly in a first position in an opening for pressure relief of the pressure vessel. If there is now overheating in the area of the safety device, the bursting body is destroyed by the internal pressure, which forms in the area of the bursting body. He thus releases the closure body, which is moved by the internal pressure in the pressure vessel from the line, which he had closed. Through appropriate openings in the safety device, the gas can then flow out of the pressure vessel and the overpressure can degrade before it represents a potential risk of explosion.

Das TPRD ist in der Regel an einem Ende eines Druckbehälters angeordnet. Bei langen Druckbehältern (> 1,65 m) sind mindestens zwei TPRD's vorgeschrieben. Sie befinden sich jeweils im äußeren Drittel entlang der Längsrichtung des Druckbehälters. Die Verwendung mehrerer Sicherheitsventile steigert die Herstellkosten und den Platzbedarf. Trotzdem können die wenigen Ventile entlang der großen Druckbehälter jeweils nur ein räumlich stark begrenztes Einzugsgebiet berücksichtigen. Eine kleine lokale Flamme, die zwischen zwei Ventilen auf den Tank einwirkt, kann den Druckbehälter daher stark schädigen, ohne dass die Sicherheitseinrichtung aktiviert wird. Die durch die Hitzeeinwirkung einer lokalen Flamme entstehende Schädigung des Druckbehälters, bspw. die Schädigung des lasttragenden Faserverbundwerkstoffes, kann zum Versagen und im Extremfall zum Bersten des Druckbehälters führen. An manchen kritischen Stellen kann eventuell kein TPRD vorgesehen werden, da hier nicht genügend Bauraum vorhanden ist (z. B. zwischen Tank und Mitteltunnel).The TPRD is typically located at one end of a pressure vessel. Long pressure vessels (> 1.65 m) require at least two TPRDs. They are each located in the outer third along the longitudinal direction of the pressure vessel. The use of multiple safety valves increases the manufacturing costs and space requirements. Nevertheless, the few valves along the large pressure vessels can only take into account a highly limited catchment area. A small local flame, which acts on the tank between two valves, can therefore severely damage the pressure vessel without the safety device being activated. Damage to the pressure vessel caused by the action of heat from a local flame, for example the damage to the load-bearing fiber composite material, can lead to failure and, in extreme cases, to bursting of the pressure vessel. At some critical points, TPRD may not be provided because there is not enough space available (eg between the tank and the center tunnel).

Aus der DE 10 2011 114 725 A1 ist ferner ein Druckbehälter mit einer Ventileinrichtung bekannt, die eine Sicherheitsvorrichtung aufweist. Die Sicherheitsvorrichtung umfasst eine Auslöseleitung, die in wenigstens einem ausgewählten, den Druckbehälter umgebenden Gefahrenbereich angeordnet ist. Durch eine Druckänderung an der Auslöseleitung wird die Sicherheitsvorrichtung betätigt. Die Auslöseleitung ist aus Metall ausgebildet und mit einem Medium gefüllt. Der Druckanstieg in dem Medium soll die Sicherheitsvorrichtung betätigen.From the DE 10 2011 114 725 A1 Furthermore, a pressure vessel with a valve device is known which has a safety device. The safety device comprises a triggering line which is arranged in at least one selected danger area surrounding the pressure vessel. By a pressure change on the trigger line, the safety device is actuated. The triggering line is made of metal and filled with a medium. The pressure increase in the medium should actuate the safety device.

Nachteilig an dieser Lösung ist, dass es zu Leckagen kommen könnte. Ferner wird die lokale Wärmeeinwirkung auf die Auslöseleitung bzw. auf das Medium und innerhalb des Mediums verteilt. Es kommt somit zu einer vergleichsweise langsamen Ausdehnung des Mediums und somit zu einem vergleichsweise langsamen Auslösen der Sicherheitsvorrichtung. Findet das thermische Ereignis nicht unmittelbar an der Auslöseleitung statt, sondern in einem gewissen Abstand, kann die Wärmeeinwirkung auf das Medium evtl. nicht ausreichen, um die vergleichsweise große Menge an Medium ausreichend zu erwärmen. Die Sicherheitsvorrichtung löst dann nicht aus obwohl der Druckbehälter durch das lokale thermische Ereignis beschädigt wird. Wird nur in einem relativ kleinen Bereich eine hohe (den Behälter schädigende) Temperatur eingebracht, so verteilt das Metallrohr die eingebrachte Wärmemenge aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit auf eine relativ große Fläche des Metallrohrs. Das Rohr kann in den von der Wärmequelle entfernteren Bereichen die eingebrachte Wärmemenge wieder abgeben. Zudem verringert sich aufgrund der Verteilung der Wärme die absolute Temperaturdifferenz zwischen Medium und Stahlrohr. Auch dies führt dazu, dass das Sicherheitsventil den Druck nicht oder verspätet ablässt.The disadvantage of this solution is that it could lead to leaks. Furthermore, the local heat is distributed to the triggering line or to the medium and within the medium. It thus comes to a relatively slow expansion of the medium and thus to a relatively slow release of the safety device. If the thermal event does not take place directly at the triggering line, but at a certain distance, the effect of heat on the medium may not be sufficient to adequately heat the comparatively large amount of medium. The safety device will not trip, even though the pressure vessel will be damaged by the local thermal event. If a high temperature (damaging the container) is introduced only in a relatively small area, then the metal tube distributes the amount of heat introduced due to the good thermal conductivity to a relatively large area of the metal tube. The tube can release the amount of heat introduced in the areas away from the heat source. In addition, due to the distribution of heat, the absolute temperature difference between medium and steel pipe is reduced. This also means that the safety valve does not discharge the pressure or late.

Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die aus dem Stand der Technik resultierenden Nachteile zu verringern oder zu beheben. Es ist ferner eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Sicherheit im Bereich eines Druckbehälters, und hier insbesondere im Bereich eines als Wasserstofftank eingesetzten Druckbehälters in einem Kraftfahrzeug, weiter zu verbessern, insbesondere einfach, effizient, klein und kostengünstig eine sicher und zuverlässig arbeitende thermische Absicherung des Behälters bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der hier gezeigten Technologie, sicher lokale thermische Ereignisse zu erfassen, die beabstandet von einer Auslöseleitung vorkommen. Auch ist es ein Bestreben der hier gezeigten Technologie, dass bei einem thermischen Ereignis das Sicherheitsventil schnell bzw. schneller reagiert.It is an object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate the disadvantages resulting from the prior art. It is furthermore a preferred object of the technology disclosed here to further improve the safety in the area of a pressure vessel, and in particular in the area of a pressure vessel used as hydrogen tank in a motor vehicle, in particular simple, efficient, small and cost-effective, a safe and reliable thermal To provide protection of the container. In particular, it is an object of the technology shown herein to safely detect local thermal events that are spaced apart from a trigger line. It is also an endeavor of the technology shown here that the safety valve reacts quickly or more quickly in the event of a thermal event.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Patentansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den Vorteilen der hier offenbarten Technologie.The object is solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims are preferred embodiments. Further objects will be apparent from the advantages of the technology disclosed herein.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Sicherheitsventil bzw. thermisches Druckentlastungsventil bzw. Sicherheitsvorrichtung (auch Thermal Pressure Release Device oder TPRD genannt; nachfolgend wird für diese Begriffe vereinfachend der Ausdruck „Sicherheitsventil” verwendet) für einen Druckbehälter. Druckbehälter bzw. Drucktanks sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein Druckbehälter ist beispielsweise ein Hochdruckgasbehälter bzw. Druckgasbehälter oder ein Kryodrucktank. Komposit-Druckbehälter werden allgemein auch Verbundwerkstoffbehälter oder Faserverbundbehälter genannt. Hochdruckbehälter der Typen II, III und IV umfassen ganz oder teilweise faserverstärkte Materialschichten, die einen (Innen) Liner umgeben. Als faserverstärkte Kunststoffe (FVK) kommen bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) zum Einsatz. Der Liner ist bei Typ-II und Typ-III Behältern aus Metall (in der Regel Aluminium oder Stahl) gebildet. Druckbehälter beherbergen komprimierte Fluide, wie bspw. Druckluft, Sauerstoff, Methan, Wasserstoff, Kohlendioxid, etc. Auch Kunststoffliner (Vollcomposite-Behälter, Typ IV Behälter) sind bekannt. Druckgasbehälter werden beispielsweise in Fahrzeugen eingesetzt, die mit komprimiertem Erdgas, oft als compressed natural gas (CNG) bezeichnet, oder mit Wasserstoff betrieben werden.The technology disclosed herein relates to a safety valve or thermal pressure relief device (also called a thermal pressure release device or TPRD, hereinafter for simplicity, the term "safety valve" is used) for a pressure vessel. Pressure tanks or pressure tanks are known from the prior art. A pressure vessel is, for example, a high-pressure gas container or compressed gas container or a Kryodrucktank. Composite pressure vessels are also commonly called composite containers or fiber composite containers. Type II, III and IV high-pressure vessels contain fiber-reinforced layers of material that surround a (inner) liner. As fiber-reinforced plastics (FRP), for example, carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and glass fiber reinforced plastics (GRP) are used. The liner is made of metal (usually aluminum or steel) in Type II and Type III containers. Pressure vessels contain compressed fluids, such as compressed air, oxygen, methane, hydrogen, carbon dioxide, etc. Also, plastic liners (full composite tanks, type IV tanks) are known. Pressurized gas containers are used, for example, in vehicles that are operated with compressed natural gas, often referred to as compressed natural gas (CNG), or with hydrogen.

Das Sicherheitsventil umfasst ein Ventilgehäuse, in dem ein Druckentlastungsmechanismus zumindest teilweise angeordnet ist. Der Druckentlastungsmechanismus kann unterschiedlich gestaltet sein, solange er in einem ersten Zustand den Druckbehälter abdichtet und in einem zweiten Zustand, falls ein thermisches Ereignis vorliegt, den Druck des Druckbehälters abbaut.The safety valve comprises a valve housing in which a pressure relief mechanism is at least partially disposed. The pressure relief mechanism may be designed differently as long as it seals the pressure vessel in a first state and degrades the pressure of the pressure vessel in a second state if there is a thermal event.

Das Sicherheitsventil umfasst ferner eine Auslöseleitung, die sich vom Ventilgehäuse weg erstreckt. Die Auslöseleitung ist insbesondere mit einem proximalen Ende mit dem Ventilgehäuse verbunden. Das Sicherheitsventil kann beispielsweise an einem Ende des Druckbehälters angeordnet sein und die Auslöseleitung kann sich von dem Ende in den rohrförmigen Mittelbereich des Behälters erstrecken. Die Auslöseleitung kann zumindest bereichsweise spiralförmig um den Druckbehälter herum angeordnet ist. Ferner bevorzugt erstreckt sich die Auslöseleitung spiralförmig entlang der gesamten Länge des Druckbehälters. Die Auslöseleitung kann wenigstens in einem ausgewählten, den Druckgasbehälter umgebenden, Gefahrenbereich angeordnet sein. Die Auslöseleitung kann insbesondere aus einem metallischen Material ausgebildet sein. Bevorzugt (eine) Aluminium (legierung) oder (eine) Stahl (legierung). Beispielsweise einem Stahlrohr mit einer Wandstärke von ca. 0,2 mm bis 5 mm, ferner von ca. 0,5 mm bis 3 mm und besonders bevorzugt von ca. 1 mm bis 2 mm. Solche Rohre können eine ausreichende Steifigkeit bereit stellen, so dass die Gefahr mechanischer Beschädigungen sinkt.The safety valve further includes a trigger line extending away from the valve housing. The triggering line is connected in particular with a proximal end to the valve housing. For example, the safety valve may be disposed at one end of the pressure vessel and the triggering conduit may extend from the end into the tubular central region of the vessel. The triggering line can be arranged at least partially spirally around the pressure vessel. Further preferably, the triggering line extends spirally along the entire length of the pressure vessel. The triggering line can be arranged at least in a selected, surrounding the compressed gas tank, danger area. The triggering line can be formed in particular from a metallic material. Preferably (an) aluminum (alloy) or (a) steel (alloy). For example, a steel pipe with a wall thickness of about 0.2 mm to 5 mm, further from about 0.5 mm to 3 mm and more preferably from about 1 mm to 2 mm. Such pipes can provide sufficient rigidity so that the risk of mechanical damage decreases.

In der Auslöseleitung sind berstbare und/oder schmelzbare Körper angeordnet, wobei mindestens zwei Körper durch mindestens ein Abstandselement voneinander beabstandet sind. Bevorzugt ist eine Mehrzahl von Körpern in der Auslöseleitung vorgesehen, wobei jeweils zwei Körper durch ein Abstandelement voneinander beabstandet bzw. miteinander verbunden werden. Vorteilhaft weisen die Abstandselemente, insbesondere in bzw. benachbart zu ihren Mittelachsen, Halterungen auf, die die Körper halten.In the triggering line burstable and / or fusible body are arranged, wherein at least two bodies are spaced apart by at least one spacer element. Preferably, a plurality of bodies is provided in the triggering line, wherein in each case two bodies are spaced apart from one another or connected to one another by a spacer element. Advantageously, the spacers, in particular in or adjacent to their central axes, on holders that hold the body.

Die Körper und die Abstandselemente sind in der Auslöseleitung verschiebbar angeordnet. Insbesondere können sich die Körper also relativ zur Auslöseleitung bewegen.The bodies and the spacer elements are slidably disposed in the triggering line. In particular, the bodies can thus move relative to the triggering line.

Die Körper und die Abstandselemente sind direkt oder indirekt mit dem Druckentlastungsmechanismus gekoppelt. Insbesondere sind sie mechanisch derart gekoppelt, dass ein Bersten oder Schmelzen eines Körpers eine Verschiebung von zumindest einem Abstandselement und/oder von zumindest einem Körper verursacht. Die Verschiebung von zumindest einem Abstandselement und/oder von zumindest einem Körper löst dann den Druckentlastungsmechanismus direkt oder indirekt aus. Mechanische Kopplung bedeutet dabei, dass die Kraft oder Bewegung eines Körpers bzw. Abstandselementes direkt oder indirekt auf den Druckentlastungsmechanismus übertragen wird. Hierzu müssen die Komponenten nicht zwangsläufig miteinander fest verbunden sein. Es reicht beispielsweise aus, dass sie aneinander bzw. hintereinander direkt oder indirekt anliegen.The bodies and spacers are directly or indirectly coupled to the pressure relief mechanism. In particular, they are mechanically coupled in such a way that a bursting or melting of a body causes a displacement of at least one spacer element and / or of at least one body. The displacement of at least one spacer element and / or at least one body then triggers the pressure relief mechanism directly or indirectly. Mechanical coupling means that the force or movement of a body or spacer is transmitted directly or indirectly to the pressure relief mechanism. For this purpose, the components do not necessarily have to be firmly connected to each other. It is sufficient, for example, that they rest against each other or one behind the other directly or indirectly.

Der Druckentlastungsmechanismus kann einen Kolben umfassen. Der Kolben kann in einer ersten Position die Druckentlastung verhindern, beispielsweise indem er eine Druckentlastungsöffnung vollständig verdeckt, so dass das im Druckbehälter gespeicherte Fluid nicht entweichen kann. The pressure relief mechanism may include a piston. The piston can prevent the pressure relief in a first position, for example by completely covering a pressure relief opening, so that the fluid stored in the pressure vessel can not escape.

Die Körper und die Abstandselemente können ausgebildet und angeordnet sein, den Kolben in der ersten Position zu halten, wenn keiner der Körper geschmolzen oder geborsten ist. Der Kolben kann derart ausgebildet und angeordnet sein, dass eine Fläche des Kolbens mit Druck beaufschlagbar ist, insbesondere mit dem Druck des Fluids, das im Druckbehälter gespeichert ist. Mit anderen Worten ist an einer ersten Seite des Kolbens das Fluid des Druckbehälters direkt oder indirekt herangeführt.The bodies and spacers may be configured and arranged to hold the plunger in the first position when none of the bodies has melted or cracked. The piston can be designed and arranged such that a surface of the piston can be pressurized, in particular with the pressure of the fluid which is stored in the pressure vessel. In other words, the fluid of the pressure vessel is brought directly or indirectly on a first side of the piston.

Der Kolben kann mittels der aus dem Druck des Fluids resultierenden Kraft F die Abstandselemente und/oder die Körper vorspannen. Bevorzugt sind die Abstandselemente und Körper abwechselnd hintereinander in der Auslöseleitung angeordnet, wobei ein erstes Abstandselement bzw. erster Körper dieser Hintereinanderschaltung direkt oder indirekt am Kolben anliegt und ein letztes Abstandselement bzw. letzter Körper an dem distalen Ende der Auslöseleitung anliegt. Die Kraft des Fluids bewirkt also, das alle Elemente der Hintereinanderschaltung aneinander anliegen.The piston can pretension the spacers and / or the bodies by means of the force F resulting from the pressure of the fluid. Preferably, the spacer elements and body are arranged alternately one behind the other in the triggering line, wherein a first spacer or first body of this series connection directly or indirectly rests on the piston and a last spacer or last body rests against the distal end of the trigger line. The force of the fluid thus causes all the elements of the series connection to abut each other.

Der Körper kann als berstbare Körper bzw. Kapsel ausgebildet sein. Sie kann beispielsweise mit einem Medium gefüllt sein, das sich bei Erwärmung ausdehnt. Insbesondere kann die Kapsel derart ausgebildet sein, dass die Kapsel bei einer Temperatur der Kapsel oberhalb einer Grenztemperatur bricht (Berstereignis). Beispielsweise kann die Kapsel eine Glaskapsel sein, die mit Wasser, Glykol und/oder Glycerin gefüllt ist.The body can be designed as a burstable body or capsule. For example, it can be filled with a medium that expands when heated. In particular, the capsule can be designed such that the capsule breaks at a temperature of the capsule above a limit temperature (bursting event). For example, the capsule may be a glass capsule filled with water, glycol and / or glycerol.

Der Körper kann ferner schmelzbar sein. Der Körper kann beispielsweise ein Material aufweisen, das bei einer Temperatur oberhalb der Grenztemperatur schmilzt. Der Körper kann beispielsweise aus aus Blei oder einer Bleilegierung hergestellt sein.The body may also be fusible. For example, the body may comprise a material that melts at a temperature above the threshold temperature. For example, the body may be made of lead or a lead alloy.

Bevorzugt beträgt die Grenz- bzw. Auslösetemperatur ca. 50°C bis ca. 400°C, ferner bevorzugt ca. 75°C bis ca. 300°C und besonders bevorzugt ca. 85°C bis ca. 200°C.Preferably, the limiting or triggering temperature is about 50 ° C to about 400 ° C, further preferably about 75 ° C to about 300 ° C and more preferably about 85 ° C to about 200 ° C.

Benachbart zu mindestens einem Körper kann in der Auslöseleitung mindestens ein Durchlass vorgesehen sein, insbesondere derart, dass die die Leitung umgebenden Gase, bevorzugt schnell, in die Auslöseleitung und zu den jeweiligen Körper strömen kann.Adjacent to at least one body, at least one passage can be provided in the triggering line, in particular such that the gases surrounding the line, preferably quickly, can flow into the triggering line and to the respective body.

Das bzw. die Abstandselement(e) sind bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Vorteilhaft sind die Abstandselemente aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, das nicht bzw. nur im geringen Maß kriecht. Unter Kriechen versteht man die Deformation eines Materials über die Zeit unter konstant anliegender Spannung und bei konstanten Umgebungsbedingungen. Ferner kommt bevorzugt ein Kunststoff mit einer Glasübergangstemperatur (bei Duroplasten Zersetzungstemperatur) oberhalb mindestens ca. 85°C, ferner bevorzugt von mindestens ca. 110°C, und besonders bevorzugt von ca. 300C zum Einsatz.The or the spacer (s) are preferably made of a plastic material. Advantageously, the spacer elements are made of a plastic material that creeps not or only to a small extent. Creep is defined as the deformation of a material over time under constant voltage and constant environmental conditions. Furthermore, a plastic having a glass transition temperature (at thermosetting decomposition temperature) above at least about 85 ° C., furthermore preferably at least about 110 ° C., and particularly preferably about 300 ° C., is preferably used.

Bevorzugt kommt ein amorpher oder ein duroplastisches Material zum Einsatz. Beispielsweise können Polybenzimidazole [PBI] Anwendung finden. Ferner bevorzugt können die Abstandselemente in einem generativen Fertigungsverfahren, z. B. Rapid Prototyping, gefertigt werden. Das bietet sich insbesondere dann an, wenn die Auslöseleitung eine komplexere Geometrie hat, wenn sie beispielsweise spiralförmig ausgebildet ist.Preferably, an amorphous or a thermosetting material is used. For example, polybenzimidazoles [PBI] can be used. Further preferably, the spacer elements in a generative manufacturing process, for. B. rapid prototyping, are manufactured. This is particularly useful when the trigger line has a more complex geometry, for example, if it is spiral-shaped.

Die hier offenbarte Technologie weist u. a. folgende Vorteile auf:

  • – Es kann keine Leckage in der Auslöseleitung auftreten.
  • – Das Sicherheitsventil kann vergleichsweise schnell und sicher auslösen, auch bei bezogen auf die Auslöseeinheit beabstandeten und/oder lokalen thermischen Ereignissen.
  • – Zusätzliche TPRDs entfallen, da sie in dem gezeigten Sicherheitsventil integriert sind. Bauraum, Gewicht und Herstellkosten können somit verringert werden.
  • – Die Auslöseleitung kann auch in schlechter zugänglichen Bereichen verlegt werden, in denen keine zusätzlichen TPRDs angeordnet werden können.
  • – Das System arbeitet autark ohne Verbrauch von Fahrzeugressourcen (z. B. elektrische Energie)
The technology disclosed here has, among others, the following advantages:
  • - There is no leakage in the triggering line.
  • - The safety valve can trigger relatively quickly and safely, even with respect to the trip unit spaced and / or local thermal events.
  • - Additional TPRDs are eliminated because they are integrated in the safety valve shown. Space, weight and manufacturing costs can thus be reduced.
  • - The tripping line can also be routed in less accessible areas where no additional TPRDs can be arranged.
  • - The system works autonomously without consumption of vehicle resources (eg electrical energy)

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand von Figuren näher erläutert.The technology disclosed herein will now be explained in more detail with reference to figures.

Es zeigen:Show it:

1 ein Sicherheitsventil im ersten Zustand, 1 a safety valve in the first state,

2 ein Druckbehälter 200 mit einem Sicherheitsventil 100. 2 a pressure vessel 200 with a safety valve 100 ,

1 zeigt ein Sicherheitsventil 100, in dem ein beweglicher Kolben 150 angeordnet ist. Hier ist der erste Zustand gezeigt, in dem der Kolben 150 die Druckentlastungsöffnung 112 verdeckt. Das im Druckbehälter 200 (vgl. 2) gelagerte Fluid, beispielsweise Wasserstoff, gelangt durch die Einlassöffnung 114 mit dem Druck PB in das Ventilgehäuse 110. Die Seite 152 des Kolbens 150 wird mit diesem Druck PB beaufschlagt. Aus dem Druck pB resultiert die Kraft F, die in Kolbenlängsrichtung wirkt und die Hintereinanderschaltung aus Abstandselementen 140 und Körpern 130 gegen das distale Ende 122 der Auslöseleitung 120 spannt bzw. vorspannt. Am Kopfteil 154 des Kolbens 150 liegt das Abstandselement 140 an, welches die Kraft F wiederum an einen in Auslöseleitungslängsrichtung benachbart angeordneten Körper 130 überträgt. Dieser Körper 130 überträgt seinerseits die Kraft wieder auf einen benachbarten Abstandshalter 140. Die Auslöseleitung 120 ist mit seinem proximalen Ende 124 fest mit dem Ventilgehäuse 110 verbunden (Verbindungsmechanismus nicht dargestellt). Benachbart zu den Körpern 130 sind in der Auslöseleitung 120 Durchlässe 126 vorgesehen. Die Durchlässe 126 stellen sicher, dass bei einem thermischen Ereignis, beispielsweise einer unzulässig hohen Temperatur in der unmittelbaren Umgebung des Druckbehälters, die umgebende Luft schnell zum Körper 130 gelangt, so dass sich dieser schnell auf eine Temperatur oberhalb der Grenz- bzw. Auslösetemperatur erwärmt. 1 shows a safety valve 100 in which a movable piston 150 is arranged. Here is the first state shown in which the piston 150 the pressure relief opening 112 covered. That in the pressure vessel 200 (see. 2 ) stored fluid, for example hydrogen, passes through the inlet opening 114 with the pressure P B in the valve housing 110 , The page 152 of the piston 150 is applied to this pressure P B. From the pressure p B results in the force F, which acts in the piston longitudinal direction and the series connection of spacers 140 and bodies 130 against the distal end 122 the trigger line 120 spans or pretensions. At the headboard 154 of the piston 150 lies the spacer element 140 on which the force F in turn to a body arranged in the triggering line longitudinally 130 transfers. This body 130 in turn transfers the power back to a neighboring spacer 140 , The trigger line 120 is with its proximal end 124 firmly with the valve housing 110 connected (connection mechanism not shown). Adjacent to the bodies 130 are in the trigger line 120 passages 126 intended. The passages 126 make sure that during a thermal event, such as an inadmissibly high temperature in the immediate vicinity of the pressure vessel, the surrounding air quickly to the body 130 so that it heats up quickly to a temperature above the threshold or trip temperature.

Erwärmt sich nun der Körper 130 auf eine Temperatur oberhalb der Grenztemperatur, so schmilzt bzw. birst der Körper 130. Der zuvor formsteife Körper 130 ist dann nicht mehr formsteif. Aufgrund der an der Hintereinanderschaltung anliegenden Kraft F werden sämtliche Körper 130 und Abstandshalter 140, die sich zwischen den Kolben 150 und dem auslösenden Körper 130 befinden, zum distalen Ende 122 hin verschoben. Durch dieses Verschieben bewegt sich gleichsam der Kolben 150 in Richtung distales Ende 122 und gibt schließlich die Druckentlastungsöffnung 112 frei. Das im Druckbehälter 200 gespeicherte Fluid kann durch die Druckentlastungsöffnung 112 in die Umgebung entweichen (zweiter Zustand des Sicherheitsventils)Now the body warms up 130 At a temperature above the limit temperature, the body melts or bursts 130 , The previously rigid body 130 is then no longer dimensionally stable. Due to the applied to the series connection force F all bodies 130 and spacers 140 that is between the pistons 150 and the triggering body 130 to the distal end 122 postponed. As a result of this movement, the piston moves 150 towards the distal end 122 and finally gives the pressure relief port 112 free. That in the pressure vessel 200 stored fluid may pass through the pressure relief port 112 escape into the environment (second state of the safety valve)

2 zeigt einen Druckbehälter 200 mit einer spiralförmig um den Druckbehälter angeordneten Auslöseleitung 120. Das Ventilgehäuse 110 ist an einem Ende 210 des Druckbehälters 200 nahe der Druckbehälteröffnung 212 vorgesehen. 2 shows a pressure vessel 200 with a triggering line arranged spirally around the pressure vessel 120 , The valve housing 110 is at one end 210 of the pressure vessel 200 near the pressure vessel opening 212 intended.

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der hier offenbarten Technologie sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Within the scope of the technology disclosed herein, various changes and modifications are possible without departing from the scope of the invention and its equivalents.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19911530 A1 [0004] DE 19911530 A1 [0004]
  • DE 102011114725 A1 [0006] DE 102011114725 A1 [0006]

Claims (10)

Sicherheitsventil (100) für einen Druckbehälter (200), umfassend: – ein Ventilgehäuse (110), in dem ein Druckentlastungsmechanismus (114, 150, 112) angeordnet ist, – eine Auslöseleitung (120), die sich vom Ventilgehäuse weg erstreckt, – in der Auslöseleitung (120) angeordnete berstbare und/oder schmelzbare Körper (130), wobei mindestens zwei Körper (130) durch mindestens ein Abstandselement (140) voneinander beabstandet sind, – wobei die Körper (130) und die Abstandselemente (140) in der Auslöseleitung (120) verschiebbar angeordnet sind, und wobei die Körper (130) und die Abstandselemente (140) [direkt oder indirekt] mit dem Druckentlastungsmechanismus (114, 150, 112) mechanisch derart gekoppelt sind, dass ein Bersten oder Schmelzen eines Körpers (130) eine Verschiebung von zumindest einem Abstandselement (140) und/oder von zumindest einem Körper (130) verursacht, durch die der Druckentlastungsmechanismus (114, 150, 112) ausgelöst wird.Safety valve ( 100 ) for a pressure vessel ( 200 ), comprising: - a valve housing ( 110 ), in which a pressure relief mechanism ( 114 . 150 . 112 ), - a triggering line ( 120 ), which extends away from the valve housing, - in the triggering line ( 120 ) arranged burstable and / or fusible body ( 130 ), whereby at least two bodies ( 130 ) by at least one spacer element ( 140 ) are spaced from each other, - wherein the body ( 130 ) and the spacers ( 140 ) in the triggering line ( 120 ) are arranged displaceably, and wherein the bodies ( 130 ) and the spacers ( 140 ) [directly or indirectly] with the pressure relief mechanism ( 114 . 150 . 112 ) are mechanically coupled such that a bursting or melting of a body ( 130 ) a displacement of at least one spacer element ( 140 ) and / or at least one body ( 130 ), by which the pressure relief mechanism ( 114 . 150 . 112 ) is triggered. Sicherheitsventil (100) nach Anspruch 1, wobei der Druckentlastungsmechanismus (114, 150, 112) einen Kolben (150) umfasst, wobei der Kolben (150) in einer ersten Position die Druckentlastung verhindert, und wobei die Körper (130) und die Abstandselemente (140) ausgebildet sind, den Kolben in der ersten Position zu halten, sofern kein Körper (130) geschmolzen oder geborsten ist.Safety valve ( 100 ) according to claim 1, wherein the pressure relief mechanism ( 114 . 150 . 112 ) a piston ( 150 ), wherein the piston ( 150 ) in a first position prevents the pressure release, and wherein the body ( 130 ) and the spacers ( 140 ) are adapted to hold the piston in the first position, if no body ( 130 ) is melted or burst. Sicherheitsventil (100) nach Anspruch 2, wobei der Kolben (150) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass eine Fläche (152) des Kolbens (150) mit Druck beaufschlagbar ist, wobei der Kolben (150) mittels der aus dem Druck resultierenden Kraft (F) die Abstandselemente (140) und/oder die Körper (130) vorspannen kann.Safety valve ( 100 ) according to claim 2, wherein the piston ( 150 ) is designed and arranged such that an area ( 152 ) of the piston ( 150 ) is pressurizable, wherein the piston ( 150 ) by means of the force resulting from the pressure (F) the spacer elements ( 140 ) and / or the bodies ( 130 ) can bias. Sicherheitsventil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Körper (130) eine Kapsel (130) ist, die mit einem Medium gefüllt ist, das sich bei Erwärmung ausdehnt, wobei die Kapsel (130) und das Medium ausgebildet sind, bei einer Temperatur der Kapsel oberhalb einer Grenztemperatur zu bersten.Safety valve ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the body ( 130 ) a capsule ( 130 ), which is filled with a medium which expands when heated, the capsule ( 130 ) and the medium are configured to burst at a temperature of the capsule above a threshold temperature. Sicherheitsventil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, wobei der Körper (130) ein Material aufweist, das bei einer Temperatur oberhalb der Grenztemperatur schmilzt.Safety valve ( 100 ) according to one of the preceding claims 1 to 3, wherein the body ( 130 ) has a material that melts at a temperature above the limit temperature. Sicherheitsventil (100) nach Anspruch 6, wobei der Körper (130) aus Blei oder einer Bleilegierung hergestellt ist.Safety valve ( 100 ) according to claim 6, wherein the body ( 130 ) is made of lead or a lead alloy. Sicherheitsventil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Abstandselement (140) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.Safety valve ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the spacer element ( 140 ) is made of a plastic material. Sicherheitsventil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auslöseleitung (120) aus einem metallischen Material ausgebildet ist.Safety valve ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the triggering line ( 120 ) is formed of a metallic material. Sicherheitsventil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei benachbart zu mindestens einem Körper (130) in der Auslöseleitung (120) mindestens ein Durchlass (126) vorgesehen ist.Safety valve ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein adjacent to at least one body ( 130 ) in the triggering line ( 120 ) at least one passage ( 126 ) is provided. Druckbehälter (200) mit einem Sicherheitsventil nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auslöseleitung (120) zumindest bereichsweise spiralförmig um den Druckbehälter (200) angeordnet ist.Pressure vessel ( 200 ) with a safety valve according to one of the preceding claims, wherein the triggering line ( 120 ) at least partially spirally around the pressure vessel ( 200 ) is arranged.
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